海洋水合物层下伏游离气聚集和泄漏过程的数值模拟研究

水合物层下伏的游离气藏是海洋水合物系统天然气资源的重要组成部分。由于海洋水合物层的毛细管封闭作用，使游离气被封存在水合物层之下。随游离气的聚集和游离气层厚度的增加，游离气层顶部超压升高，超压气体可能使上覆沉积体发生水力压裂，产生节理等流体渗漏通道，或者使水合物层的毛细管封闭作用失效，水合物层下伏超压流体将侵入水合物层，向海底渗漏，并形成渗漏型水合物，发育气烟囱和海底麻坑等。这种流体渗漏活动引起的海底沉积破坏（麻坑）对海洋工程安全产生影响，而甲烷等气体的排放对海洋环境和全球气候造成严重影响。然而国际上对这种游离气聚集成藏机理、向上突破和泄漏过程还没有深入的认识。本项目是应用数值模拟方法，建立水合物层下伏游离气聚集成藏和泄漏过程的动力学定量模型，研究游离气聚集、气藏封闭层破坏和气体泄漏排放、渗漏型水合物发育及流体渗漏对海底沉积层的影响，论述水合物系统的演化，完善水合物类型划分理论。

本项目是关于天然气水合物系统游离气渗漏和天然气水合物形成演化的数值模拟研究，而在本项目实施中，具体研究内容包含三个方面：（1）游离气泄露与海底麻坑形成演化。海底的天然气水合物层相当于一个毛细管封闭层，阻挡游离气向上运移，因而在其下方聚集游离气，当气体超压克服毛细管封闭作用后，会发生游离气自然渗漏，进入上覆水合物稳定带，形成渗漏通道，并在海底形成麻坑。本项目研究中建立了海底麻坑与游离气和水合物稳定带之间的数学模型；（2）游离气运移与天然气水合物形成演化。本项目研究了南海神狐海域流体活动与天然气水合物形成演化过程，分析了其天然气水合物形成演化的控制因素，建立水合物形成演化的典型二元结构模式，即在大约1.5Ma以前，神狐断裂沉积体系中的流体快速渗流，充足的气体供给形成了大量的天然气水合物，在后期的快速细粒沉积阶段，流体运移速率骤减，而水合物的继承演化形成了当前的水合物藏；（3）水合物开发过程中的游离气活动。本项目建立了天然气水合物降压法、热激发法等开采模型，分析了天然气水合物分解后，游离气在储层中的流动规律和产出特征，论证了天然气水合物藏不同策略产气开发的可行性。本项目已发表研究论文10篇，其中SCI期刊论文8篇，中文核心期刊2篇，另有一篇中文SCI文章已接受，有两篇英文SCI文章仍在审稿中。因此，本项目研究成果超额完成了项目既定了任务目标。